磁法勘探
【汉语拼音】cifa kantan
【中文词条】磁法勘探
【外文词条】magnetic prospecting
测量地磁异常以确定含磁性矿物的地质体及其他探测对象存在的空间位置和几何形状﹐从而对工作地区的地质构造﹑有用矿产分布及其他情况作出推断。
磁性岩体及矿体产生的磁场叠加在地球磁场之上﹐引起地磁场的畸变。这种畸变一般称为地磁异常。
在造岩矿物中﹐只有磁铁矿﹑钛磁铁矿﹑磁黄铁矿和磁赤铁矿等少数矿物具有强磁性(见岩石物理性质)。因此﹐岩石及矿石的磁性强弱﹐主要决定于上述矿物的含量及分布情况。
根据测定﹐沉积岩的磁化率比岩浆岩和变质岩的磁化率低几个数量级。在岩浆岩中﹐基性及超基性岩的磁性最强﹐酸性岩是弱磁性或无磁性的。变质岩的磁性决定于原岩的成分及变质过程中的化学变化。如果原岩是花岗岩及泥岩等﹐则变质后的岩石一般无磁性﹔如果原岩是基性喷出岩或侵入岩等﹐则变质后的岩石一般具有中等磁性。
【工作简史】磁法勘探是物探方法中最古老的一种。17世纪中叶瑞典人利用磁罗盘直接找磁铁矿。1879年塔伦(R.Thaln)制造了简单的磁力仪﹐ 磁法才正式用于生产。1915年﹐施密特(A.Schmidt)发明了石英刃口磁力仪﹐磁法开始大规模用于找矿﹐以及在小面积上研究地质构造。第二次世界大战后﹐航空磁法推广使用﹐人们可以快速而经济地测出大面积的磁场分布。磁法开始用于研究大地构造﹐及解决地质填图中的一些问题。中国于1936年在攀枝花﹑易门﹑水城等地开始了试验性的磁法勘探﹐1950年后才大规模开展起来。
【应用范围 】磁法勘探可用于地质调查的各个阶段。在地质填图时﹐磁法勘探可以划分沉积岩﹑喷出岩﹑基性岩﹑超基性岩及变质岩的分布范围﹔可以研究沉积岩下面的基底构造 ﹔查明各种控制成矿的构造﹐如深大断裂和火山口等。在普查找矿时﹐磁法勘探可用来直接寻找磁铁矿床﹐并可与其他物探方法配合﹐间接寻找或预测石油﹑天然气﹑煤﹑铜﹑铝﹑镍和其他金属﹑金刚石等。在勘探磁铁矿床时﹐结合钻探资料﹐可以推定矿体的形状﹐指导正确布置钻孔和寻找钻孔旁侧及深部的盲矿体。此外﹐磁法勘探还可用于研究深部地质构造和解决其他地质问题﹐以及应用于考古学等方面。
【仪器】磁法勘探用的仪器有磁秤﹑磁通门磁力仪及质子旋进磁力仪。高精度磁测工作用光泵磁力仪﹐以及超导磁力仪。
磁秤是机械式磁力仪。它所观测的是一个可绕固定轴自由旋转的磁棒在磁场中的偏转角(用重力矩平衡)﹐用来在地面测量地磁场强度相对于一个固定点的改变值。
磁通门磁力仪是电子磁力仪。它比机械式磁力仪有许多优点﹐因而迅速用于生产。这种仪器用透磁合金(坡莫合金)或类似物质作灵敏元件﹐它在弱磁场中就能达到磁饱和状态。围绕灵敏元件有一个线圈﹐产生一个交变(例如 400赫)磁场﹐将灵敏元件激发到接近饱和状态。如果无外加磁场存在﹐元件中感应的交变磁场在正反两个半周期内是对称的﹔若存在一个沿元件轴的外加磁场﹐ 则元件在一个半周期内比在另一个半周期内将更快地达到饱和状态﹐因而引起的磁通量不能互相抵消。根据这种现象可测定外加磁场的大小。磁通门磁力仪的测量精度为5纳特左右﹐主要用于地面磁测﹐也可用于航空磁测﹐记录地磁场的日变等。
质子旋进磁力仪也是目前生产中广泛使用的一种磁力仪。是根据仪器探头内的液体所含的氢质子在地磁场中自由旋进的现象设计的﹐它测量地磁场总强度的测量精度为1纳特左右﹐主要用于航空和海洋磁力测量。
应用核共振原理﹐利用铷蒸气﹑铯蒸气或亚稳态氦设计的光泵磁力仪能连续工作﹐仪器的灵敏度可达10-2纳特﹐能记录几赫的地磁场变化﹐可在变化幅度较大的磁场范围内工作。
近年来﹐又制造出利用超导体在磁场中的某些特性测定外磁场强度的超导磁力仪﹐这种仪器的灵敏度为10-5～10-6纳特﹐测量范围从零到几千奥斯特。利用这种仪器可作成磁力梯度仪。
【工作方法】磁法勘探可在地面(地面磁法)﹑空中(航空磁法)﹑海洋(海洋磁法)和钻孔中(井中磁法)进行。在地面磁法勘探中﹐一般是布置一系列的平行等距的测线﹐垂直于被寻找的对象(例如矿体)的走向﹐在每条测线上按一定距离设置测点﹐在测点上测地磁场垂直分量的相对值﹐测线距与测点距之比从10﹕1到1﹕1。在航空及海洋磁法勘探中﹐飞机或观测船沿预先设计好的航线行进(用导航仪控制)﹐用航空或海洋磁力仪自动记录总磁场强度。
无论地面或航空磁法﹐测量点间的距离要小于所要找的异常的宽度。例如石油勘探用航空磁法找大片磁异常﹐航测的线距是1～5公里﹐飞行高度0.3～1公里﹔在金属矿区﹐线距要小一些﹐有时小于100米(见航空地球物理勘探﹑海洋地球物理勘探﹑地下地球物理勘探)。
【数据改正和解释】磁法勘探野外观测数据应作各种改正才能得到正确的异常值。其中主要的改正有﹕正常场改正﹑日变改正﹑仪器的温度系数和零点漂移改正。作大面积磁测时﹐正常场的改正中﹐还应包括纬度改正。经过改正后的异常值﹐常用等值线平面图表示。
利用电子计算机可以对磁异常作各种处理﹐首先是匀滑曲线以消除偶然误差和随机干扰﹐提高观测数据的质量﹔其次﹐是将分布范围大的区域异常与分布范围小的局部异常分开﹐以便根据区域异常研究区域地质构造﹐根据局部异常研究局部地质构造﹐寻找有用矿产。对磁异常还可作各种变换﹐以突出异常的内在特点或改变条件 ﹐有利于解释推断。例如将航磁异常化极﹐即化到垂直磁化时的垂向磁异常﹐可以消除倾斜磁化的影响﹐使异常简化﹐便于解释。
由于磁异常的特点与磁性体的形状有关﹐故可根据磁异常的特点推断磁性体的形状﹑埋深﹑走向﹑倾斜方向﹐及磁化强度的大小和方向等。这个过程称为磁异常的解释﹐其内容大致是﹕根据工作地区已知的地质情况﹐岩石和矿石的磁性资料﹐地磁纬度﹐磁异常的特点及积累的经验﹐初步推断引起磁异常的地质原因﹐磁性体的大致形状和空间位置。根据上述推断结果﹐选择适当的方法对磁异常作定量计算﹐例如计算磁性体的埋深﹑大小﹑走向和倾斜方向等。根据前述推断结果﹐并综合其他物探方法的资料﹐确定引起磁异常的地质原因﹐对工作地区的地质构造﹑矿体贮存情况及其大小等作出推论﹐对下步工作提出建议。根据对磁异常验证结果﹐补做必要的工作﹐对异常作再解释(见地球物理勘探数据处理)。
【展望】随著电子技术的发展和微处理机的广泛应用﹐测量磁场 3个分量及其梯度的高精度航空磁力仪已经制成。加上高精度的导航和数据处理﹐绘图和资料解释推断的自动化﹐今后航空磁法勘探将代替部分地面磁法勘探﹐并在工作过程中自动作出解释﹐绘出磁性体空间分布图。利用这些图件﹐再结合其他资料﹐能可靠地对工作地区的地质构造作出推断﹐供找矿﹑找地下水﹑工程建设和地震预报等方面应用。（ 作者：熊光楚 ）